3D智能传感器(3D打印传感器)

 

关于传感器的3D打印，有报道显示，耐克正在使用纳米科技将传感器嵌入至服装。而不远的未来，用户将可以使用3D打印技术去制作自己的智能T恤。运动员和教练将可以更好地了解是否训练过度，以及运动员的身体是否缺水，或是过于紧张。这也将降低耐克等公司生产和供应链管理的成本。

嵌入传感器的3D打印也将改变医疗设备行业。国外一家诊所-梅约诊所已开发了首个这样的设备。该医院正在探索，如何将传感器植入设备，从而加强对病人身体状况的监控。

那么这些传感器的3D打印是用到了哪种具体的3D打印技术呢？对3D打印技术的要求是什么样的呢？

传感器市场。来源：3D打印与电子产品白皮书

传感器的微打印

微型3D打印

根据3D科学谷的市场观察，一家来自新西兰的叫做Callaghan Innovation公司的新技术正在推动微型3D打印的发展。其MicroMaker3D 打印技术带来了新型的微型3D打印，它将为电子产品，微型零件，微型传感器和IoT组件，光学设备等的原型技术提供制造支持。

MicroMaker打印的产品

使用微型打印机可以经济高效地生产各种产品，例如过滤器，天线，光学产品，微型阀，流体通道以及微型齿轮和弹簧。MicroMaker3D与众不同的是其正在申请专利的层压树脂打印（LRP）技术，该技术使用固体树脂片而不是液体树脂。厚度非常薄，只有5微米（0.005毫米），打印机的体素分辨率为5微米。

LRP的工作方式如下：将一张干膜光致抗蚀剂树脂片放在打印床上，并使用紫外线光源将模型的横截面投影到其上。然后将另一张树脂片放在第一个树脂片的顶部，然后投影下一个横截面。在打印完所有层之后，通过在激活区域中进行精确控制的催化交联反应，将一叠树脂片加热固化，以实现完全聚合。最后，所有未聚合的树脂都被洗掉，剩下一个完全致密的部分。

根据3D科学谷的市场观察，这种LRP技术的MicroMaker3D打印具有一些不错的特点，首先，它可以打印任何程度的悬垂，因为未聚合的树脂可以用作支撑材料。这也使其能够以极小的公差打印运动部件。LRP的另一个优点是，由于树脂已经是固体，因此固化时不会收缩和翘曲，因此零件的尺寸和形状完全正确。该工艺使用耐高温，耐溶剂，耐酸和恶劣环境的行业标准光刻胶。与光刻不同，LRP不需要洁净室，因此更易于使用。

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气溶胶喷射技术

Optomec气溶胶喷射技术用于传感器的制造是被证明的成熟技术，之前斯旺西大学的研究人员就通过Optomec气溶胶喷射技术直接打印应变和光学蠕变传感器，用在喷气发动机的压缩机叶片表面上。使用激光检测系统和光学测量的传感器，研究人员能够确定一个组件的蠕变程度在10纳米以内。

互联网小常识：三网融合指的是：计算机网络、电信通信网和广播电视网。

完成应变传感器的制造则需要不同设备之间的配合，包括气溶胶喷射机（例如，Optomec气溶胶和透镜系统）、微喷机（如Ohcraft或nScrypt公司的微笔或3Dn），以及 MesoScribe Technologies技术公司的等离子喷涂设备MesoPlasma。

打印传感器的过程开始于用雾发生器雾化纳米银导电墨水，先是通过流空气动力学诱导沉积头，产生鞘气环状流。通过喷嘴对准基板以同轴流量集中喷射。材料的图案是通过数控命令来完成的，而在基板保持固定的同时，沉积头和基板之间的距离保持不变，以确保的材料准确的沉积。

油墨沉积后，再经过热处理，使得传感器具有正确的导电性和机械性能。另外局部处理是可能的，使用激光处理工艺，允许使用的材料具有非常低的温度公差。最终的结果是高质量的薄膜，细如10纳米的边缘定义带来高性能的表现。

Optomec气溶胶喷射技术在感应器的3D打印方面，根据3D科学谷的市场研究，2017年1月17日GE获得批准的专利中，公开了用于制造涡轮机部件上的应变传感器的方法。该方法包括涡轮部件的外部表面规划，和如何将陶瓷材料沉积到外部表面指定的位置上。专利还公开了一种监测涡轮部件的方法，该方法包括形成至少两个参考点的应变传感器。威尔士打印和涂层中心研究人员（WCPC）认为这使得叶片的状况可以被监测，且提高燃油效率以及提高发动机运行温度。

Nano Dimension 3D打印

Nano Dimension 3D电路打印以快速、保密性佳、可打印多层繁杂精细度高的打印技术优势，专门应用于电路板原型设计和开发用途，独家的纳米级银质导电材料AgCite以及PCB电路板3D设计软件，能够一次性生产混和导电(金属)和绝缘(塑料聚合物)墨水材料的原型，精准打印出完整且多层次的PCB特征，包含埋孔、镀通孔的互连细节，且无须蚀刻、钻孔、电镀或破坏并在数小时内即可完成。目前已逐步被广泛应用于汽车产业和电子产品的电路板原型、概念样品制作、设计验证和其他夹具测试上、封装传感器、导电几何体、天线、模塑连接设备、穿戴式设备和其他创新设备。

Nano Dimension 于2019年7月24日推出的突破性系统专为工业4.0和物联网制造而设计。DragonFly LDM 是成功的 DragonFly Pro 精密系统的延伸，用于打印电子元件，包括多层印刷电路板（PCB），电容器，线圈，传感器，天线等。

混合材料3D打印技术。来源：3D打印与电子产品白皮书

当然还有更多的3D打印传感器技术，究竟哪一种技术将来占据市场主导地位，目前还很难断言，3D科学谷将保持持续关注。

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